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仪器仪表学报 2014年第8期35卷 1810-1816页

作者：陶胜杰杨正伟张炜王冬冬第二炮兵工程大学602室西安710025

为快速准确地测量涂层厚度,提出基于热图序列时间特征的红外热波技术测量方法。通过理论分析和仿真,得出涂层厚度的平方与热图序列的对数二阶微分峰值时间成正比关系,比例系数由涂层材料的热扩散系数确定,通过此关系可以测量出涂层厚度... 详细信息

为快速准确地测量涂层厚度,提出基于热图序列时间特征的红外热波技术测量方法。通过理论分析和仿真,得出涂层厚度的平方与热图序列的对数二阶微分峰值时间成正比关系,比例系数由涂层材料的热扩散系数确定,通过此关系可以测量出涂层厚度。在复合材料基体上制作了涂层试件,利用脉冲闪光灯作为激励源进行了热加载。热图显示不同厚度涂层有着明显不同的表面降温过程,涂层薄的区域降温快,冷却时间短。对热图序列进行平均、对数和二阶微分处理,计算了4块涂层的厚度和测量误差,分析了计算速度。结果表明基于热图序列时间特征的测量方法速度快,误差较小,能很好地应用于涂层厚度的快速、非接触测量。

关键词：红外热波涂层厚度测量热图序列二阶微分

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压-压疲劳载荷下CFRP层合板表面红外辐射特征

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航空学报 2021年第5期42卷 226-236页

作者：杨正伟赵志彬李胤宋远佳寇光杰李磊程鹏飞火箭军工程大学导弹工程学院西安710038 西安交通大学机械工程学院西安710049 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000 中国飞机强度研究所西安710065

为探究含冲击损伤CFRP层合板在循环交变载荷下的损伤演化规律,基于热力耦合效应研究了含损伤CFRP层合板疲劳过程中的表面红外辐射特征。以压-压疲劳试验模拟交变载荷,采用红外热成像方法分析了疲劳过程中含损伤CFRP层合板的热图序列和... 详细信息

为探究含冲击损伤CFRP层合板在循环交变载荷下的损伤演化规律,基于热力耦合效应研究了含损伤CFRP层合板疲劳过程中的表面红外辐射特征。以压-压疲劳试验模拟交变载荷,采用红外热成像方法分析了疲劳过程中含损伤CFRP层合板的热图序列和温度数据,结果表明:随着疲劳次数的增加,损伤沿垂直疲劳载荷方向演化,热斑颜色逐渐加深,初始冲击损伤形状逐渐演化为椭圆状,最后热斑横向端部出现"尖点";试件最大表面温差演化整体呈"快速上升-缓慢上升-快速上升"规律,最后出现跳升,其中热斑尖点、最大表面温差跳升可被视为结构疲劳破坏的前兆;含损伤CFRP层合板疲劳破坏时,其最大表面温差主要与纤维和基体种类有关,而试件铺层方式相较于纤维基体类别对最大表面温差无明显影响。研究揭示了冲击后CFRP层合板在疲劳载荷作用下的损伤演化规律,为飞行器复合材料结构的剩余疲劳寿命评估与损伤容限设计奠定了基础。

关键词： CFRP 等幅疲劳试验红外热成像疲劳寿命热图序列

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红外热波技术在热障涂层厚度检测上的应用研究

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红外技术 2017年第7期39卷 669-674页

作者：李永君肖俊峰朱立春张炯高斯峰唐文书南晴西安热工研究院有限公司陕西西安710054

为快速准确地测量热障涂层厚度,采用基于热图序列特征时间的闪光灯激励红外热波测量方法,通过建立半无限大和有限厚度两种平板传热模型,提出根据热障涂层表面温度对数曲线线性回归时间选择二阶微分曲线负峰值时间的方法,解决了采用普通... 详细信息

为快速准确地测量热障涂层厚度,采用基于热图序列特征时间的闪光灯激励红外热波测量方法,通过建立半无限大和有限厚度两种平板传热模型,提出根据热障涂层表面温度对数曲线线性回归时间选择二阶微分曲线负峰值时间的方法,解决了采用普通帧频热像仪采集的涂层表面温度曲线二阶微分负峰较多,无法确定特征峰值时间的困难,热障涂层厚度测量相对误差小于10%,满足工程应用要求。

关键词：热障涂层红外热波热图序列厚度测量

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CFRP层板缺陷的扫描红外热波成像无损检测技术研究

CFRP层板缺陷的扫描红外热波成像无损检测技术研究

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作者：魏嘉呈贵州大学

学位级别：硕士

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)以其比强度高、比模量大、抗疲劳等优异的性能在航空航天、石油化工、风力发电、汽车、船舶以及军事工业等领域得到广泛应用,CFRP层板但在其制备、使用过程中,常因为制备工艺... 详细信息

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)以其比强度高、比模量大、抗疲劳等优异的性能在航空航天、石油化工、风力发电、汽车、船舶以及军事工业等领域得到广泛应用,CFRP层板但在其制备、使用过程中,常因为制备工艺与使用环境影响,产生分层、脱粘、孔隙、纤维断裂等多种缺陷与损伤。这些损伤将极大影响了碳纤维复合材料的性能与寿命。扫描红外热波成像无损检测技术作为一种由红外热成像技术与自动化技术相结合的无损检测技术,因为其高效、非接触等方面的优势,为CFRP层板缺陷的快速检测提供了一种新方法。本文对CFRP层板的扫描红外热波成像无损检测原理分析与仿真技术、扫描红外热波成像无损检测系统研制、扫描红外图像序列处理算法等关键技术开展了系统深入的研究。首先,研究了高斯型线热流激励CFRP层板的热传递过程及温度场分布。建立了CFRP层板在高斯型线热流激励环境下的热传导模型,并采用有限元法对模型进行求解。分析了激光功率、扫描速度与缺陷几何特征对表面温度信号对影响和规律,讨论扫描红外热波检测技术对CFRP层板缺陷检测的适用性。其次,搭建了扫描阵列激光激励红外热波成像无损检测系统,并进行了相关试验研究。具体包括硬件系统搭建与软件系统的设计,所编写的红外图像处理软件可对采集到的图像序列进行准静态重构、也可使用红外图像序列处理算法对重构后的图像序列进行处理;设计与制备了CFRP层板缺陷的模拟试样件,改进了准静态重构算法,提高了准静态重构算法的运算速度。通过实验研究,分析了缺陷几何特征对检测试样件表面温度信号的影响规律,验证了模型的正确性。最后,研究了扫描检测环境下的红外图像序列处理算法(相位脉冲法,PPT、主成份分析法,PCA、偏最小二乘回归法,PLSR),并利用上述算法对扫描红外图像序列进行了处理与温度信号特征提取。提取得到特征图像相比于重构后图像均提高了信噪比,其中PLSR与PPT方法所提取的缺陷特征信噪比高于其他方法。提出了相似光流法对热流横向热扩散的抑制方法,采用相似光流法增强的图像序列显著的改善了热流横向扩散效应并提高了图像信噪比,提高了缺陷检测能力。

关键词：红外热波无损检测线扫描 CFRP 热图序列平底孔缺陷

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CFRP层板缺陷脉冲红外热波检测技术研究

CFRP层板缺陷脉冲红外热波检测技术研究

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作者：安思捷黑龙江科技大学

学位级别：硕士

碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）是目前应用最广泛、发展最成熟的结构复合材料之一,因其具有良好的耐蚀性和耐热性、低热膨胀系数、高比强度、高比模量等优点,被广泛应用于航空航天、军事工业、电子电器等... 详细信息

碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）是目前应用最广泛、发展最成熟的结构复合材料之一,因其具有良好的耐蚀性和耐热性、低热膨胀系数、高比强度、高比模量等优点,被广泛应用于航空航天、军事工业、电子电器等领域。CFRP层板在制备、加工和服役过程中,由于制造工艺、疲劳、循环应力和冲击损伤等因素的影响,易形成层间分层、脱粘等缺陷,严重影响了CFRP层板的质量与性能,存在巨大的安全隐患。因此,对碳纤维增强复合材料构件进行合理有效的检测与评估是非常有必要的。本文主要针对CFRP层板分层缺陷脉冲红外热波成像检测理论与仿真、试验研究、红外热图序列处理、CFRP层板缺陷识别与分割、CFRP层板缺陷面积与深度的预测及量化分析等方面开展研究,为CFRP层板缺陷量化评估提供有力的补充。根据材料科学和传热学等相关理论,建立了脉冲热流在CFRP层板中的三维热传导数学模型,并采用有限元法进行仿真研究。研究分析了缺陷几何特征与表面温度场分布之间的关系,以及检测工艺参数与缺陷识别效果的关系,为试验研究提供了理论依据。搭建了脉冲红外热波成像无损检测系统,成功检测了CFRP层板分层缺陷,探究了检测工艺参数以及缺陷平面尺寸和深度对检测效果的影响及规律。同时,将试验结果与仿真结果进行了对比,验证了传热模型的准确性,获得合适的检测工艺参数范围。采用了去除拟合背景序列法和中值滤波法对图像序列进行了预处理,有效解决了热不均噪声和斑点噪声的问题。采用帧间差分-多帧累加平均法、多项式拟合法和主成分分析法等算法对红外热图序列进行处理及特征提取,并引入信噪比和结构相似性来定量评价各算法处理效果。结果表明,主成分分析法的处理效果最佳,其所得图像缺陷识别能力强且结构相似性良好。开展了CFRP层板缺陷识别与分割、CFRP层板缺陷面积预测及量化分析的研究,提出了基于Mobile Net V2和Deep Lab V3+的语义分割算法对输入图像进行分割与定量计算缺陷面积,并与模糊C均值聚类-动态阈值分割算法进行比较。结果表明,基于Mobile Net V2和Deep Lab V3+的语义分割算法缺陷分割效果良好,缺陷面积预测误差较小,预测误差在0.4%～32.5%,可以实现CFRP层板缺陷面积的预测。开展了CFRP层板缺陷深度定量分析的研究,提出PSO-LSSVM、BPNN、PSO-BPNN和WOA-BPNN四种缺陷深度预测模型,实现了CFRP层板缺陷的有效识别与缺陷深度的预测。引入MAE、RMSE和R对预测结果进行评价,结果表明,WOA-BPNN具有更高的预测精度和拟合优度。对WOA-BPNN预测的缺陷深度进行了定量分析,结果表明,WOA-BPNN的缺陷深度预测误差在5%以内,其中预测误差最小值仅为0.3%,预测效果良好。该论文有图109幅,表25个,参考文献106篇。

关键词： CFRP层板缺陷热图序列脉冲法

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